2015年6月5日金曜日

エンジン2重反転プロペラのドローンで飛行時間を長くしたいけど

前回のドローンの話しで、農業用マルチコプター Zion AC 940 の飛行時間は10分くらい。
LiPoバッテリーでブラシレスモーターをブンブンまわせば、どうしたってそのくらいでしょう。

じゃ、エンジン駆動のドローンにしたら長時間飛べるのはないのか?

テレビニュースで見たんだけど

で、一般的なドローンが電動なのに対し、試験飛行では、ガソリンエンジンを搭載してより長時間・長距離の飛行を可能にしたヘリコプター型の試作機が登場。
とのこと、これのほかにエンジンのドローンは見当たらない。

詳しく調べようとインダストリーネットワーク(株)の本家サイト見ましたが、しばらく更新が止まっていて何も書いてない。


エンジンドローンは オープン・X という名前らしい。

エンジン、ドローンでググると,ラジコン用O.S.エンジンで有名な小川精機製もドローンを出していました。
エンジン駆動を期待しましたが、モーターのようです。残念。

基本的にドローンの制御は加速度センサーと、モーターPWMでのPID制御ですが、
中型以上のドローンは強力なブラシレスモーターを使っています。
ブラシレスモーターはPWMをラジコン用ESC(Electric Speed Controller)で制御してます。

さて、このモーターをエンジンに変えるといっても、エンジン出力を微妙に変えPID制御するのは大変そうです。
で、池上さんのアイデアは浮遊力はエンジンで、姿勢制御はモーターというハイブリットなドローンはどうかということ。
姿勢制御のモーターもブラシ付きモーター程度でできるのなら回路も簡単で安価です。

しかし、エンジンの欠点は振動で、空撮とかには向かない。

で、ロータリーエンジンは振動がすくないとのことだ。
治具メーカーが模型ヘリ用に独自開発したとのこと。

先ほどのラジコン用O.S.エンジン 小川精機製 はロータリーエンジンは販売中止になってた。
多気筒星型、水平対向エンジンなど振動が少なそうなエンジンはある。

ただ、ドローンもそうですが、プロペラの回転による反トルクを消す為に、対称に半回転プロペラを配置するのがいいようです。

なので、エンジンの浮遊力(推力が本当?)は二重反転式ロータータンデムローターになるでしょう。



2重反転のエンジンを調べていたらヤフオクに面白い物があった。


第二次大戦でアメリカ軍が使用していた遠隔操縦機の2サイクルの2重反転式のエンジン 


逆回転用のエンジンを2つ水平対向に配置したものだろう。
逆回転用クランクシャフトの配置でピストンはわずかに前後しているようにみえる。
これ見たら、ルパンの最終回に出てくるロボット「ラムダ」に似てると思いました。


このアイデアでいくと、単気筒エンジン2つのピストンを対向にして逆回転させるということになるが、こうなると、大きくなるがタンデムローターがいいのだろうか。しかし、逆回転のエンジンはないようで、2ストなら無理に逆回転できるようだが、どちらにしてもスターターで2つエンジンかけるのは大変だ。

ただ、ラジコンのエンジンの1万以下の安いやつは、白金カイロのようなグロー式点火なので、点火タイミングを同期させるのは出来なそうだ。
点火にキャパシター・ディスチャージド・イグニッション(CDI)つかったプラグのエンジンもあるようですが、高価でした。
というわけでこのアイデアは小さいドローン用のグローエンジンではボツ。

振動を消す為にピストンの反対方向の慣性がでる偏芯重りをつけるとか
点火しないピストンを逆方向に動くようにくっつけて空回りさせる、とか
空回りピストンで、ついでにコンプレッサにして、圧縮空気をペットボトルにためて、噴射して機体制御に使う。
とか考えつきました。圧縮空気の制御の方が大変か。
圧縮空気でコンプレッサピストンまわしてスターターにするのはいいかも。
圧が低いときは空気ためて、圧が高くなるとピストンまわすようにする制御もいいかも知れない。

あと振動を制御する方法として
加速度センサーから振動周期を読み取って、反位相の振動を振動モーターで作り、振動を相殺する。です。 
アンドロイドのカメラなら加速度センサーとカメラが一体で、振動モーターも付いてる。
振動モーターのPWMはスイッチのON命令細かくすれば可能か?
とも思いましたが、機種によって振動モーターの種類もちがうからダメですね。
相殺振動モーターは外付けですね。
振動の大きさが変わること考えるとステッピングモーターがいいのかな?
X-Y-Z方向の振動あるとすると3つつける?って複雑ですね。

このように、安いエンジンで振動を消す方法を考えていますが、
まぁ、昔ながらのラジコンのプロの方はいろいろしているみたいです。
私のようなど素人がなんとも出来ないものかもしれません。

モーターの2重反転プロペラは、おもちゃのラジコンヘリから、いろいろあるんですが。
が面白そうでした。

プロペラのシュミレーションなんかは プロペラ・風車の設計解析ソフトXROTORの使い方であたんですが、2重反転は出来ないとのこと。
Flowsquareはプロペラ解析できるのかな?

導出した数学モデルをコンピュータ上でシミュレーションできる環境を数値解析ソフトウェアである
MATLAB を用いて構築した。
とのことですが、数学モデルはさっぱりわかりませんでした。

いろいろ調べていて
は参考になりました。

まぁいずれにせよ、だいぶ先の話になりそうです。


0 件のコメント:

コメントを投稿